永不相撞的汽車

王強(qiáng)

高速公路上的駕駛過程中，低頭看一眼手機(jī)短信，僅僅幾秒鐘，汽車的緊急自動(dòng)剎車系統(tǒng)就會(huì)響起警報(bào)，在你的視線重新回到道路前方時(shí)，你的車子馬上就要撞到前面正在減速的貨運(yùn)卡車尾部了。

這個(gè)令人心驚膽戰(zhàn)的驚險(xiǎn)情景正是2012年初美國(guó)交通部和包括福特、通用在內(nèi)的八家汽車制造商一起在加州進(jìn)行最后的六次道路測(cè)試所采用的場(chǎng)景。這項(xiàng)測(cè)試就是美國(guó)交通部針對(duì)多個(gè)汽車制造商研發(fā)的新一代車輛通信技術(shù)進(jìn)行的實(shí)際道路測(cè)試，目的是驗(yàn)證該系統(tǒng)能否減少交通事故的發(fā)生，從而挽救生命，改善交通狀況。

根據(jù)美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局的調(diào)查報(bào)告顯示，80％的公路交通事故是由于駕駛員在事故發(fā)生前3秒內(nèi)的疏忽造成的。戴姆勒-奔馳公司的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，如果提前0.5秒示警駕駛員，60％的追尾事故可以避免；若駕駛員能提早1.5秒得到示警并采取措施，則可以避免90％的追尾撞車事故。

上面提到的新一代車輛通信技術(shù)是指汽車通信網(wǎng)WAVE（IEEE802.11p），這個(gè)顯得專業(yè)高深的技術(shù)術(shù)語其實(shí)并不難理解。WAVE的全稱是Wireless Access in the Vehicular Environment，意為實(shí)現(xiàn)汽車環(huán)境下進(jìn)行無線訪問的通信協(xié)議，從IEEE開頭命名的協(xié)議編碼我們可以看出該協(xié)議已經(jīng)成為了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即我們目前經(jīng)常聽到的“車聯(lián)網(wǎng)”。任何技術(shù)的產(chǎn)生如果沒有實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景都是沒有意義的，WAVE也不例外，目前該技術(shù)在應(yīng)用層面主要用于兩個(gè)主要的應(yīng)用領(lǐng)域，一個(gè)是V2V(Vehicle to Vehicle)系統(tǒng) ，即車對(duì)車通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱車間網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)高速率的車輛之間的數(shù)據(jù)交換。另一個(gè)是V2X（Vehicle to Infrastructure）系統(tǒng)，即車對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施通信系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱車路網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)車輛與指定波段的標(biāo)準(zhǔn)智能交通系統(tǒng)（ITS）路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信和雙向數(shù)據(jù)交換。

在V2V系統(tǒng)中，每輛汽車都必須使用一種約定好的標(biāo)準(zhǔn)方式來廣播車對(duì)車通信的信息，但信息的具體展現(xiàn)方式是不受限制的，這就給了汽車制造商很大的發(fā)揮空間。這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)其實(shí)是一門藝術(shù)，參與V2V系統(tǒng)研發(fā)和道路測(cè)試的八大汽車制造商在這方面也是各顯神通。舉個(gè)例子，當(dāng)你正準(zhǔn)備穿過一個(gè)十字路口時(shí)，正好有輛車想從你的右邊超車，謳歌TL車型會(huì)在里程表的上方顯示黃色的提示信息；而福特開發(fā)的系統(tǒng)會(huì)在你的擋風(fēng)玻璃上閃爍從左至右的紅燈來提示，同時(shí)為了確保你能獲得該項(xiàng)提醒，你的座椅也會(huì)從左至右地發(fā)生振顫。

實(shí)際測(cè)試表明，最有效的警報(bào)策略是聽覺警報(bào)和觸覺警報(bào)，將兩者結(jié)合在一起的方式最為合理，并被廣泛采用。由于行駛過程中駕駛者的視覺盯在道路前方，已經(jīng)在接收很多信息，而聽覺系統(tǒng)和觸覺的負(fù)擔(dān)則較輕，所以駕駛員對(duì)振動(dòng)或者剎車錄音的反應(yīng)要比對(duì)儀表盤上指示燈提示的反應(yīng)更加敏感。在這些測(cè)試中，無一例外，所有汽車制造商設(shè)計(jì)的系統(tǒng)都是用聲音作為最緊急的警報(bào)，如即將撞車的警報(bào)。而其他的、相對(duì)不那么重要的提醒，如一輛車正從另外一條車道加速駛來的信息通常采用視覺提醒，顯示在儀表盤、擋風(fēng)玻璃或是后視鏡上。

令人興奮的是，隨著該項(xiàng)測(cè)試的完成，美國(guó)交通部決定下一階段在美國(guó)的六個(gè)城市進(jìn)行一整年的現(xiàn)場(chǎng)試點(diǎn)。將近幾十萬輛汽車、卡車和巴士將會(huì)裝配V2V系統(tǒng)。通過該試點(diǎn)結(jié)果，美國(guó)交通部將決定是否在2013年強(qiáng)制要求汽車制造商在近幾年里為所有的新車安裝V2V通信系統(tǒng)。如果政府要求汽車制造商在所有的車輛上開始安裝V2V系統(tǒng)，那么首批使用該技術(shù)的汽車預(yù)計(jì)將會(huì)在2018年左右面市。另?yè)?jù)通用汽車公司表示，V2V系統(tǒng)的價(jià)格將約為208美元(約合1579元人民幣)。

過去，為了減少和避免交通事故，汽車設(shè)計(jì)工程師們一直在想辦法如何設(shè)計(jì)出最好的防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、緊急剎車輔助系統(tǒng)用來提高汽車的行駛穩(wěn)定性，并為車輛配置三點(diǎn)式安全帶、安全氣囊等被動(dòng)安全設(shè)施來加強(qiáng)對(duì)駕乘者的保護(hù)。盡管這些方法在過去都曾經(jīng)無數(shù)次地保護(hù)了人們的安全甚至挽救其生命，但它們并不是解決安全駕駛的唯一途徑，更不是科技高速發(fā)展下的未來汽車所應(yīng)具備的特性。V2V這個(gè)系統(tǒng)的誕生恰恰給出了新的解決方案，因?yàn)檫@種主動(dòng)安全系統(tǒng)可以讓汽車變得更加“聰明”更加“智能”。V2V系統(tǒng)就像給汽車賦予了生命，給予了這些機(jī)器“說話交談”的能力，可以對(duì)其他汽車說：“哥們兒，小心點(diǎn)，別和我撞上了！”“別加塞兒！”“慢點(diǎn)，前方有事故，我要減速了?！?/p>

如果說V2V賦予了汽車與汽車之間溝通交談的能力，那么可以把V2X當(dāng)作賦予了汽車感知環(huán)境的能力。V2X系統(tǒng)可以與任何安裝在路邊或附近的兼容的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備傳遞信息，讓司機(jī)在視線被前方大型車輛或障礙物阻擋時(shí)能及時(shí)作出應(yīng)對(duì)。例如，在危險(xiǎn)的拐角處安裝該設(shè)備，一旦車輛高速接近該彎道，裝有V2X應(yīng)用系統(tǒng)的智能手機(jī)就會(huì)給駕駛者發(fā)送提醒信號(hào)。路邊設(shè)備還可以標(biāo)示道路施工區(qū)域的位置，當(dāng)車輛進(jìn)入?yún)^(qū)域時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給駕駛者發(fā)送建議信息，并接收在施工區(qū)域的其他車輛的行駛信息。該系統(tǒng)還可以將道路表面狀況及時(shí)通知后方車輛。當(dāng)車輛遇到道路上的凹坑時(shí)，懸架系統(tǒng)能夠通過測(cè)量陷入深度來確定凹坑的損壞程度。因此，當(dāng)前方行駛車輛遇到凹坑時(shí)，凹坑的位置和損壞程度會(huì)同時(shí)傳遞給通信范圍內(nèi)的后方車輛，該車的駕駛員得到提示后，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇提前避讓或快速通過。

這個(gè)系統(tǒng)和現(xiàn)階段很多汽車制造商研發(fā)的主動(dòng)安全系統(tǒng)究竟有何區(qū)別？目前曝光較多的是沃爾沃汽車引以為傲的城市安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用安裝在風(fēng)擋玻璃頂部的一個(gè)激光傳感器監(jiān)測(cè)前方路況，能探測(cè)到車輛保險(xiǎn)杠前方10米以內(nèi)的物體。當(dāng)車速低于30公里/小時(shí)，如果駕駛員對(duì)于前方物體距離過近而沒有相應(yīng)反應(yīng)，如踩剎車，該系統(tǒng)判斷有即將發(fā)生碰撞的危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)自動(dòng)對(duì)車輛制動(dòng)處理。這類技術(shù)有一個(gè)最大的問題就是傳感器探測(cè)距離短，只有當(dāng)汽車處于低速行駛狀態(tài)時(shí)才能發(fā)揮作用。

V2X系統(tǒng)可以將預(yù)警距離擴(kuò)展得更遠(yuǎn)，并且可以通過攝像傳感器和專用短程通信路邊設(shè)備，與覆蓋范圍內(nèi)的周邊環(huán)境同步。它利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位車輛所處的位置坐標(biāo)，并通過專用短程通信技術(shù)把路況、車輛信息無線傳送到周邊的不同車輛上。在城市環(huán)境中，通信范圍通常為300米。在空曠地帶，通信信號(hào)可以到1000米。V2X系統(tǒng)由傳感器、專用短程通信系統(tǒng)、一個(gè)具有獨(dú)立顯示屏幕的便攜式終端設(shè)備組成。駕駛者可以通過便攜式終端了解交換的信息，也可以將V2X應(yīng)用程序安裝在智能手機(jī)內(nèi)與車輛互聯(lián)。

相比其他短距離、低車速條件下的主動(dòng)避讓安全系統(tǒng)，V2X系統(tǒng)300米的覆蓋半徑可以讓駕駛者在車輛高速行駛時(shí)有時(shí)間處置突發(fā)情況。專用短程通信是專門為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的一項(xiàng)技術(shù)，采用特許通訊頻帶，無線信號(hào)傳輸很快，車輛與路邊基礎(chǔ)設(shè)施之間基本無需信號(hào)交換。如果車輛在路邊設(shè)備的通信范圍內(nèi)，就能同步獲取并處理相關(guān)信息。如果車輛以110千米/小時(shí)的速度接近一個(gè)300米遠(yuǎn)的路邊設(shè)備，它會(huì)在到達(dá)路邊設(shè)備大約10秒鐘前接收到該設(shè)備發(fā)出的信息。實(shí)際上，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)行人的位置比準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)車輛的位置要困難得多，相關(guān)的系統(tǒng)也需要更深入的研究后才能對(duì)駕駛員發(fā)出預(yù)警，提醒他們可能要碰撞到行人。因此，為了感知行人的狀態(tài)，僅僅依靠汽車本身的傳感器檢測(cè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有和環(huán)境的互動(dòng)監(jiān)控才能及時(shí)準(zhǔn)確地感知行人。例如，為了捕獲人行道上的行人信息，需要在十字路口安裝攝像傳感器和專用短程通信路邊設(shè)備。

隨著車輛的爆發(fā)式增長(zhǎng)，交通擁堵以及交通安全已經(jīng)成為中國(guó)目前面臨的兩大問題，這兩大問題在大城市尤為明顯。V2V和V2X系統(tǒng)的應(yīng)用及普及將有助于改善中國(guó)的道路現(xiàn)況。就在兩個(gè)月前，電裝集團(tuán)Denso和中國(guó)同濟(jì)大學(xué)展開合作，自今年3月22日起在中國(guó)江蘇太倉(cāng)市的公路上進(jìn)行無線通信交通控制系統(tǒng)（V2X技術(shù)）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。電裝集團(tuán)Denso之前已經(jīng)在日本、美國(guó)以及歐洲成功地進(jìn)行過類似測(cè)試。電裝的V2X技術(shù)目前定位公共車輛的應(yīng)用，讓緊急用車（如救護(hù)車以及消防車等）能夠同其周圍車輛以及路旁基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行無線通信。當(dāng)緊急用車接近時(shí)，V2X技術(shù)可以改變十字路口的交通信號(hào)燈并警示其周圍的車輛轉(zhuǎn)換車道，借此實(shí)現(xiàn)緊急車輛優(yōu)先通行并防止事故發(fā)生。

縱觀未來，V2V和V2X不僅僅能夠解決駕駛安全和交通擁堵的緊迫課題，而且同時(shí)奠定了新的汽車技術(shù)發(fā)展方向。利用該系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)汽車的手動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛的兼容。例如，搭配了該系統(tǒng)的車型，在自動(dòng)駕駛模式下，能夠通過對(duì)實(shí)時(shí)交通信息的分析，自動(dòng)選擇路況最佳的行駛路線，從而大大緩解交通堵塞。除此之外，通過使用車載傳感器和攝像系統(tǒng)的V2X，還可以感知周圍環(huán)境，做出迅速調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)“零交通事故”。

“內(nèi)容和應(yīng)用為王”一直是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域不變的定律。我們可以想象，未來基于V2V和V2X技術(shù)，將會(huì)不斷涌現(xiàn)出更多極具想象力的車載信息服務(wù)和車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。微軟公司在今年3月底正式發(fā)布了代號(hào)為“Project Detroit（底特律計(jì)劃）”的車聯(lián)網(wǎng)概念原型車。“底特律計(jì)劃”為開源項(xiàng)目，將會(huì)在年底對(duì)開發(fā)人員公布。

無論是V2V系統(tǒng)還是V2X系統(tǒng)，要想使其發(fā)揮最大的作用，最重要的是得到政府的有力支持，利用政策手段鼓勵(lì)和推動(dòng)該系統(tǒng)的應(yīng)用和普及，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)模化和大范圍應(yīng)用。中國(guó)應(yīng)該大力發(fā)展和推廣該技術(shù)在汽車和交通管理的普及和應(yīng)用。主要基于以下三個(gè)方面考慮：

首先，如果在中國(guó)使用V2V和V2X系統(tǒng)，據(jù)不完全預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)，每年可減少車禍死亡人數(shù)約5萬，減少傷殘人數(shù)約30萬，減少直接經(jīng)濟(jì)損失約200億元，減少間接經(jīng)濟(jì)損失更加巨大。并且大大緩解城市交通堵塞，節(jié)約能源，減少空氣污染。從而徹底改變我國(guó)交通事故發(fā)生率高的落后局面，大步進(jìn)入交通事業(yè)最先進(jìn)的國(guó)家行列。

其次，從我國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀看，涉及到汽車動(dòng)力和控制的核心產(chǎn)品部分均為由境外商控制，中國(guó)自主企業(yè)很難介入，而車載信息娛樂系統(tǒng)（車聯(lián)網(wǎng)）和安全系統(tǒng)則存在極大發(fā)展空間。提高汽車安全性成為汽車業(yè)面臨的最大課題之一，未來汽車安全系統(tǒng)將開辟汽車電子的新市場(chǎng)。汽車安全系統(tǒng)是汽車電子領(lǐng)域增長(zhǎng)最強(qiáng)勁的市場(chǎng)之一。

最后，智能交通管理是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，也是V2X的主要應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)前景無限，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都十分明顯。此外，我國(guó)目前公路建設(shè)的年投資額超過3000億元人民幣，城市基礎(chǔ)設(shè)施、智能交通管理系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也在大規(guī)模積極建設(shè)，應(yīng)很好地抓住這個(gè)技術(shù)課題，增加產(chǎn)品和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定的工作力度，加大對(duì)試點(diǎn)和科研項(xiàng)目的投入。

期望在不久的將來，中國(guó)的車主都會(huì)擁有一輛“永遠(yuǎn)不會(huì)相撞”的“智能”汽車。

（本文作者系微軟企業(yè)服務(wù)部汽車與物聯(lián)網(wǎng)首席架構(gòu)師 ）